119-126.[YUEWeizhong,LIUYingqi,TONGYu,etal.Roleofgovernmentsubsidiesinthenewenergyvehiclechargingfacilityindustry:a
three partygameperspective
[J].Chinapopulation,resourcesandenvironment,2020,30(11):119-126.]收稿日期:2020-04-08 修回日期:2020-06-19
作者简介:岳为众,博士生,主要研究方向为产业创新。E mail:56815@vip.sin
a.com。通信作者:刘颖琦,教授,博导,主要研究方向为创新管理。E mail:liuyq@bjtu.edu.cn。
基金项目:国家社会科学基金重点项目“技术驱动下的新能源汽车产业商业模式创新研究”(批准号:16AGL004)。
政府补贴在新能源汽车充电桩产业中的作用:
三方博弈视角
岳为众1,2
刘颖琦3 童 宇3 宋泽源3
(1.北京工业大学经济管理学院,北京100124;2.北京市住房和城乡建设委员会,北京101160;
3.北京交通大学经济管理学院,北京100044)
摘要 伴随着新一轮科技革命和产业变革,2020年我国提出了“新基建”的发展方向,充电桩产业
作为“新基建”的七大产业之一,不仅支持新能源汽车产业升级,更为无线充电、储能、微电网和新能源消纳等新兴产业提供发展空间。因此对于充电桩产业而言,政府的支持作用非常重要,为了有效地探讨政府在充电桩产业的补贴政策效用,促进充电桩产业健康发展,文章基于博弈模型探讨了政府对充电桩运营商与换电站运营商不同的博弈策略演化过程。首先结合我国政府对充电桩产业的补贴方式,将充电桩与换电站的补贴进行归类,将充电桩运营商获得的补贴归为运营补贴,将换电站获得的补贴归为投资额补贴。然后构建了包括政府、运营商和用户三方之间的博弈模型,针对换电站运营商和充电桩运营商两种方式运用逆向归纳法求得子博弈精炼纳什均衡解。通过纳什均衡解可以看到,运营商的最优投资额与最优建设数量均与政府补贴力度呈正相关;当运营商的盈利能力与获得补贴额度增加时,用户对电动汽车的使用意愿增强;政策效果与政府管理效益紧密相关。结论显示:用户与运营商的决策均与运营商的管理效率系数呈负相关,政府补贴政策的效果受其管理效用影响,因此,在政府未来的补贴政策执行阶段,政府需要创新和提升管理效用;政府可以将补贴政策作为充电桩产业发展的撬动点,构建完善的充电基础设施产业生态体系,也是未来政府推进充电桩产业发展的下一个发力点。关键词 博弈;
新能源汽车;充电基础设施;政府补贴中图分类号 F
426 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2020)11-0119-08 DOI:10.12062/cpre.20200605 全球能源需求和环境污染压力的快速增长
致使国际各界日益关注能源转型和环境保护等问题。因此,新能源汽车以节能环保的优势成为世界各国落实能源战略、大气污染防治计划和节能减排政策的有效解决方案,并得到迅速发展。新能源汽车产业作为《中国制造2025》十大重点领域之一,将作为重要载体推动汽车产业电动化、智能化、网络化、共享化的发展。作为对电动汽车提供电能补给的充电基础设施尤其重要,截至2019年底,我国公共充电桩保有量为51.7万个,而全国新能源汽车保有量达381万辆,相对于我国庞大的电动汽车销售量,充电基础设施面临建设数量的严重不足。在新冠肺炎疫情影响下,公共类充电桩的建设与运营更是承受巨大压力,在此背景下2020年2月14日,中央全面深化改革委员会第十二次会议指出新能源汽车充电桩成为我国“新基建”七大领域之一,将精准、高
效地支持充电桩行业建设升级。新能源汽车产业是一个复杂的系统,不仅受到技术、市场等内部因素的影响,还需要
政府及其他外部环境的支持[1]
。补贴政策是政府对产业经
济活动实施有效促进的手段之一,政府通过制定补贴政策
鼓励产业发展、促进企业创新[2],尤其是科技型创新企业更需要政府培育[
3]
。充电基础设施面临建设数量不足、运营不佳、盈利能力弱等问题,是电动汽车产业中的短板之一,制约着电动汽车的发展。充电桩产业正处于发展中的关键时期,因此,亟须揭示我国充电桩产业补贴策略选择的博弈过程及演化规律,有效促进产业发展。
1 文献综述
随着新能源产业的快速发展,充电桩产业成为研究热点。研究领域主要集中于充电设施需求预测,布局优化,
中国人口·资源与环境 2020年 第30卷 第11期 CHINAPOPULATION,RESOURCESANDENVIRONMENT Vol.30 No.11 2020
商业模式等方面[4-6],对新能源政策补贴方面的研究集中于新能源汽车的补贴[7-11]。Chen等[12]认为只有足够高的补贴额度才能使消费者接受电动汽车。近年来,多地方政府出台了充电桩建设补贴和运营补贴政策,国内外学者也对充电桩产业的政策进行了研究并提出相关政策建议。黄建军等[13]建立了政策评价体系,通过比较充电设施补贴政策与汽车购置补贴政策的政策效应得出充电桩和购置补贴对新能源汽车的推广有显著效应的结果,并且提出在补贴力度退坡时期,
对充电桩基础设施补贴是推广新能源汽车的重要政策方向。Chen等[14]认为补贴退坡期与“双积分”新政对纯电动汽车产业发展的协同影响,认为“双积分”政策是对补贴的有效替代。张勇等[15]从充电基础设施的特性出发,结合国内外政府参与充电基础设施的现有经验,研究了政府的投融资政策与财政政策并提出相关政策建议。虽然近年来关于充电基础设施的政策研究取得一定的成果,但是结合充电桩与换电站两种方式,对政府、充电桩运营商和用户三者博弈关系进行深入探讨的却较少。博弈论是研究多方决策问题的理论,研究多个个体或团队之间在特定条件制约下的对局中利用相关方的策略而实施对应策略的学科,可以得到各参与主体互相作用时的均衡[16]。众多学者运用博弈论研究政府与企业之间的博弈关系中的策略问题已经取得较多成果。王海啸等[17]运用两阶段博弈研究了新能源汽车研发补贴中政府与企业行为策略,研究了信息不对称条件下各方策略选择并提出建议。王明瑶[18]依据产业生命周期理论将新能源市场分阶段讨论政府补贴与企业经营的博弈。钟太勇等[19]运用信号传递博弈模型研究了政府与汽车企业补贴中的逆向选择问题。赵骅等[20]基于动力系统分支理论构建动态博弈模型研究了不同补贴对于企业的影响。孙红霞等[21]建立了政企演化博弈模型,模拟多种因素变化时双方的行为选择。在实际的补贴过程中,政府与企业为了追求自身利益的最大化,政府补贴力度会与企业经营决策进行博弈。因此,文章将在已有研究基础上,探讨政府、充电桩运营商和用户三者之间是如何相互作用,政府的补贴政策是如何影响三者之间的相互博弈关系,以及未来政府的补贴政策应该从哪些方面入手,从而能够更好地发挥政策效果,更好地促进充电基础设施产业发展。
陆地巡洋舰2 我国充电桩产业补贴政策及分类
为了加速电动汽车充电基础设施产业的发展,鼓励企业参与到电动汽车基础设施的建设中来,中央政府与各地地方政府均制定了相关政策鼓励电动汽车基础设施的发展。2015年《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》的出台,充电基础设施产业政策进入快速发展阶段。随后政府相继出台《电动汽车充电基础设施接口新国际实施方案》《关于“十三五”新能源汽车充电基础设施奖励政策及加强新能源汽车推广应用的通知》《关于加快单位内部电动汽车充电基础设施建设的通知》等专门针对充电基础设施的一系列政策措施。在新能源汽车的普及过程中,前期政策着眼于消费者,给予消费者新能源汽车的购置补贴。随着新能源汽车已经被消费者广泛认知且逐步接纳时,补贴政策呈转向充电配套设施的趋势,从补车转向补桩。按照《关于“十三五”新能源汽车基础设施奖励政策及加强新能源汽车推广应用的通知》,我国已对充电基础设施建设、运营给予财政奖补,各地区在过渡期之后不会给予电动汽车购置补贴,转而用于支持基础设施“短板”建设和配套运营服务等方面。
政府补贴可分为国家补贴与地方补贴,国家补贴主要有中央财政充电基础设施建设运营奖补资金和国家发改委投放的专项建设基金。地方补贴可以分为以下四种:第一类,按照投资总额或投资额进行补贴;第二类,对交流、直流充电桩进行定额补贴;第三类,按充电桩充电功率进行补贴;第四类,建设补贴加上运营补贴。具体补贴政策标准如表1所示。
2018年我国公用桩车桩比为7.8:1,2019年公用桩车桩比下降为7.3:1,高补贴力度确实带动了公用桩安装进度。尽管车桩比有所下降,但仍远低于《电动汽车充电基础设施发展指南(2015—2020)》提出的“一车一桩”的发展目标,并与2020年480万个充电桩的规划存在很大差距。换电站也是充电基础设施的重要组成部分,自2008年我国开始在纯电动客车领域开展换电模式的示范应用,随后北汽新能源、蔚来汽车等多家企业对换电模式不断进行创新性探索,但其运营成本高、管理难度大、市场规模受限制等多项难题限制了换电模式的发展。目前,海南省和运营性车辆较多的地方在积极探索换电模式,给予了一定的政策支持,换电模式将会得到进一步的发展与扩大。充电基础设施产业目前仍具有极大发展空间,市场不完善,政府仍需要发挥其宏观引导和调控作用。
充电站与换电站的经营和建设存在差别。在政府补贴方面,换电站运营商主要获得的是投资额补贴,充电桩运营商可以获得投资额补贴、定额补贴、功率补贴、运营补贴中的部分或全部。由上述对政府补贴的分类可知,当假定充换电设备的功率一定、单桩利用率一定时,运营补贴与功率补贴均与充电桩数量正相关,由此将功率补贴与运营补贴合并为运营补贴,其补贴主要与运营商的充电桩建设数量相关。当假定充换电设备的单价一定时,定额补贴的补贴额与设备的总投资额度相关,由此将投资额补贴与定额补贴合并为投资额补贴,其补贴主要与运营商的投资
高速匝道中国人口·资源与环境 2020年 第11期
规模相关。
为便于计算,结合文章对政府补贴方式的归类,对于充电桩运营商而言,其充电桩数量可以反映其运营规模,同时侧面反映其投资规模,因此将充电桩运营商的主要策略定义为其充电桩建设数量的多少,其可以获得的补贴为运营补贴,主要与其充电桩的建设数量相关。对于换电站而言,其投资额较其运营情况更易量化,文章中换电站获得的补贴为投资额补贴。
3 充电基础设施博弈分析
在政府与充电基础设施运营商之间的博弈中,政府通过补贴方式对运营商发展产生正向激励作用,弥补企业损失,降低企业经营风险。企业通过建设与运营充电基础设施获得政府补贴,由于政府补贴可以刺激需求,增加企业利润[22],所以当政府补贴力度越大时,企业获得的补贴越多,利润越高,企业越有机率扩大建设与运营规模。3.1 研究假设
(1)博弈考虑政府、运营商、用户三个参与主体,各自追求自身利益的最大化。局中人集合为N={1,2,3},局中人1代表政府,局中人2代表充电桩/换点站运营商,局中人3代表用户。
(2)博弈类型为完全信息动态博弈,博弈的参与主体遵循一定的博弈顺序,即政府-运营商-用户,
各主体的收益信息为所有参与者共享。
(3)充电桩/换电站运营商遵循政府的政策引导,且政府对运营商的投资情况、运营成本、效益等方面有清楚的了解。运营商与政府清楚的了解用户的购买与使用情况、使用成本和消费成本。同时,用户对政策与运营商的服务情况也有清楚的了解。即政府、用户、运营商之间信息对称。
(4)结合现有政策、政策方向与产业的发展趋势,政府趋向于将原有的在用户购车的补贴转向在充电基础设施建设与运营部分。因此,文章中假设政府不再对用户进行补贴,仅对充电桩运营商与换电站运营商进行补贴。3.2 运营补贴下的策略分析
3.2.1 政府策略分析
新能源产业作为战略性新兴产业,政府有责任去引导其发展,在产业发展方面给予一定的财政补贴与政策引导,促进产业健康快速发展。在新能源产业的发展中,前期受到市场、产品等多方面的限制,需要政府给予一定的
表1 充电基础设施补贴政策
补贴种类地区补贴标准
投资额补贴北京市不高于项目总投资30%的市政府固定资产补助资金支持
唐山市按照基础设施建设总投资20%给予一次性补助
贵阳市对完成充电设施建设任务的企业,按照不超过总投资额10%的比例给予建设单位奖励厦门市对新建的公用、专用换电设备,给予设备投资额30%的财政资金补贴
定额补贴杭州市
公用和共用充换电设备,按实际投资额的30%给予补贴;个人消费者自用充电桩给予一次性600
无锡路虎元/桩的充电费补贴
济南市将按设备投资总造价20%的比例对充电站进行财政补贴,每年列支专项补贴资金500万元
功率补贴常州市交流充电桩不超过400元/kW,直流充电桩不超过600元/kW
厦门市补贴交流充电桩150元/kW,直流充电桩495元/kW
安徽省规范的公用和专用直流充电桩,按照充电功率给予200元/kW的财政资金补贴
武汉市
分散式的公共充电桩,则综合投资成本和充电桩功率进行一次性补贴,其中直流桩和交流桩分别
补贴600元/kW和400元/kW
深圳市直流充电设备给予600元/kW补贴,交流充电设备给予300元/kW补贴
功率补贴/投资额补贴叠加运营补贴上海市
建设环节,对专用、公用充换电设备,给予30%的财政资金补贴;运营环节,对专用充换电设备补
贴0.1元/kW·h,对公用充换电补贴0.2元/kW·h。对充换电企业在沪建设的企业平台,按设
备投资的30%给予财政资金补贴
江西省
建设补贴按照额定输出功率,对充电基础设施进行一次性补贴,直流充电设施(含交直流一体机)
400元/kW,交流充电设施200元/kW。运营补贴标准为专用充电设施0.15元/kW·h、公用充电
设施0.25元/kW·h
岳为众等:政府补贴在新能源汽车充电桩产业中的作用:
三方博弈视角
财政补贴和政策支持才可以健康发展。在发放补贴的同时,政府也应当考虑补贴投入与政府收益的关系,灵活调整补贴力度以契合产业的实际发展。政府补贴获得的收益主要为环境收益、经济收益等。
当政府给予运营补贴时,其补贴对象主要是充电桩运营商。假定充电桩功率、单桩利用率一定时,补贴额度与运营商的充电桩建设数量相关,政府的策略选择为单位充电站的补贴力度。
3.2.2 运营商策略分析
当补贴为运营补贴时,主要补贴对象为充电站运营商。假设每个充电桩的功率一定,充电站的主要策略是增加充电桩的数量,以获得更大的收益。充电桩运营商指参与充电桩建设与运营的企业,由于充电桩的固定成本高、投资回报周期长,使得其发展规模受到一定的限制。政府提供一定的政策支持可以为产业发展提供更多便利,财政补贴可以帮助企业资金周转,降低其运营与投资风险,帮助企业渡过较为艰难的建设阶段与初期运营阶段。当企业获得政府财政补贴时,其补贴的主要依据是充电桩的数量与运营情况,其获得的补贴与之呈正相关。
3.2.3 用户策略分析
对于使用充电方式的用户,充电桩运营商向其提高充电服务,市场上充电桩产业发展越完善,用户的
充电体验感越好。相对于使用换电方式的用户,充电用户需要支付整车购买价格,充电时间相对换电较长,因此充电用户也需支付时间成本。用户的策略在电动汽车的购买数量的多少,若购买数量为0则表示不使用电动汽车,购买成本与收益均为零。
3.3 投资额补贴下的策略分析
3.3.1 政府策略分析
当政府补贴种类为投资额补贴时,政府的补贴对象主要为换电站运营商,补贴额度与换电站的建设投资额正相关,政府的策略选择为单位投资额的补贴力度。
3.3.2 运营商策略分析
当补贴为投资额补贴时,主要补贴对象为换电站运营商。换电站运营商指参与换电站建设与运营的企业,换电站建设投入的固定成本高使得企业具备一定的风险,政府给予补贴可以鼓励换电站发展。换电站提供电池的替换服务,用户的换电时间极大的压缩,降低了用户的消费成本,使用户获得更好的充电服务。换电站的主要策略是换电站的投资额,以获得更大的收益。当换电站在市场上布局愈加完善,用户的充电行为就愈加便捷。同时,换电站也是电池的管理者,可以对电动汽车电池进行更好的管理,获得电池的回收利用收益。3.3.3 用户策略分析
政府在电动汽车发展初期给予了消费者购置补贴,随着市场的不断发展补贴逐渐退坡,转而向充电方向补贴,对用户的直接补贴减少。对于使用换电方式的用户,电池租赁企业向私人用户出租新能源汽车电池,并提供电池维护、保养、更换等服务,使用换电方式的用户不用承担电池的购买费用转为支付电池的租赁费用,减少了其经济负担。用户的策略在电动汽车的购买数量的多少,若购买数量为0则表示不使用电动汽车,购买成本与收益均为零。
综合上述各方行动集所述,文章中三方博弈行动顺序如图1
所示。
图1 三方博弈行动图
4 模型构建与求解
政府对运营商的补贴分为投资额补贴与运营补贴,分别与运营商投资额、充电桩建设数量相关,主要
补贴对象分别为换电站与充电站,采用逆向归纳法求其子博弈精炼纳什均衡。
4.1 运营补贴纳什均衡分析
对于用户而言,令u
1
为单个电动汽车为用户带来的效用,用户的充电使用成本与充电桩运营商的收入相等,
定义政府对每个充电桩的补贴额为s
1
,t
2
为充电桩数量,
用户的购车成本为c
1
,消费成本主要包括寻桩成本,时间
成本等为c
2
。对于用户而言,由于充电桩市场尚不完善,且电动汽车的里程受限,消费成本较燃油车稍高,此时用户
追求盈亏平衡。t
1
为用户购买使用电动汽车的数量,此时,用户的收益为:
V
1
(t
1
,t
2
,s
1
)=u
1
t
1
-u
2
t
2
-c
1
t
1
-c
2
t
1
(1)
其最优解为t
1
=
u
2
t
2
u
1
-c
1
-c
2
令c
3
为单个充电桩的建设成本,c
4
为运营商成本,单桩
的营业收入为u
2
,考虑到管理成本会随着服务规模的增大
而增大,采取1为充电桩运营商管理效率系数,t
2
为充电桩
数量,则管理成本为α
1
t
2
2。此时,充电桩运营商的收益为:
V
2
(t
1
,
t
2
,s
1
)=u
2
t
2
-c
3
t
2
-c
qczj4
t
2
+s
1
t
2
-α
1
t
2
2(2)
其最优解为:t
10万suv推荐2
=
u
2
-c
suv销量排行榜最省油的3
-c
4
+s
1
α
1
政府在了解了各参与者行为的基础上对其进行补贴,补贴的收益表现为对电动汽车行业的推动作用与环境保
护作用,政府的补贴支出为s
1
t
2
,定义k
1
为收益系数,收益
中国人口·资源与环境 2020年 第11期
最终反映在充电桩建设规模上,则k1=α2t2。政府的补贴为政府的补贴过程手续繁杂,需要企业与政府部门的多方配合,使得实际支出成本高于政府财政补贴支出,令α3(s1
t2
)2为实际支出成本。则政府的收益为:V3(t1
,t2,s1)=α2t2s1t2-α3(s1t2
)2(3)
其最优解为s1
=α22α3综合上述最优解,得
t1=u2t2u1-c1-c2=u2(u2-c3-c4+s1)α1(u1-c1-c2
)=u2(u2-c3-c4+α2
2α3)α1(u1-c1-c2)t2=u2-c3-c4+s1α1=u2-c3-c4+α22α3
α1s1=α22α
3
由上述分析可知,纳什均衡解显示充电桩运营商的行为与政府的补贴存在显著的正相关关系,最优充电桩建设数量与政府补贴力度呈正相关,与管理系数、建设成本、运营成本呈负相关。就充电桩运营商而言,随着电动汽车的普及、市场不断完善,单桩的利用率的提高使得单桩盈利能力增加,促使充电桩建设数量与单桩盈利能力之间形成良好的正循环影响关系。同时,随着政府对其充电桩运营补贴力度的加大,企业越倾向于扩大充电桩建设规模。
对于充电用户而言,用户的行为与充电桩和政府的行为之间存在显著的相关性。用户的行为决策与多种因素相关,可发现用户的行为与运营商的行为方向一致,与运营商的单桩盈利能力,政府对运营商的补贴力度呈正相关。由于充电桩数量的增加与充电桩市场服务的不断完善,可以为用户节约消费成本,改善用户体验,增加用户购买与使用电动汽车的倾向。
对于政府而言,其补贴力度主要取决于补贴的管理效率系数α3与单位补贴力度获得的收益系数α2,
当单位补贴获得的收益越高时,政府倾向于加大补贴力度,当管理成本系数越高时,即补贴过程消耗的人力物力越多时,政府倾向于减小补贴力度。4.2 投资额补贴纳什均衡分析
此时,对于用户而言,令u3为单个电动汽车为用户带来的效用,用户的换电使用成本与换电站运营商的收入相等,令换电站的单位投资额的营业收入为u4,总投资额为t4,用户的购车成本为c5,电池租赁成本为c6,且c5+c6<c1,消费成本主要包括寻桩成本和时间成本等为c7,由于换电模式较充电模式更加快速便捷,并且节省了电池的保
养维修环节,使得c7<c2。对于用户而言,由于换电市场尚不完善,且电动汽车的里程受限,消费成本较燃油车稍高,此时用户追求盈亏平衡。用户购买使用电动汽车数量为t3
,此时,用户的收益为:V4(t3
,t4,s2)=u3t3-u4t4-(c5+c6)t3-c7t3(4)其最优解为t3
=u4t4
α4
投资额补贴中,政府对单位投资额的补贴为s2,c8为单位投资额的运营成本,单位投资额的营业
收入为u4,总投资额为t4,电池的回收量与用户的电动汽车数量相同为t3,单位收回收益为u5,考虑到管理成本会随着服务规模的增加而增加,采取α4为换电站运营商管理效率系数,
则管理成本为α4t42
。
此时,换电站运营商的收益为:V5(t3,t4,s2)=u4t4-c8t4-t4+s2t4+u5t3-α4t4
2
(5)
其最优解为:t4
=u4-c8-1+s2
α4
政府在了解了各参与者行为的基础上对其进行补贴,补贴的收益表现为对电动汽车行业的发展的推动
作用与环境保护作用,政府的补贴支出为s2t4,定义k2为收益系数,收益最终反映在充电桩建设规模上,则k2=α4t4。政府的补贴过程手续繁杂,需要企业与政府部门的多方配合,
使得实际支出成本高于政府财政补贴支出,令α5(s2t4
)2
为实际支出成本。则政府的收益为:
V6(t3 ,t4
,s2)=α4t4·s2t4-α5(s2t4
)2(6)
其最优解为s2
=α42α5综合上述最优解,得
t3=u4t4u3-c5-c6-c7=u4(u4-c7-1+s2)α4(u3-c5-c6-c7
)=u4(u4-c7-1+α4
2α5)α4(u3-c5-c6-c7)t4=u4-c8-1+s2α4=u4-c8-1+α42α5
α4s2=α42α
5
由上述分析可知,纳什均衡解显示换电站运营商的行为与政府的补贴存在显著的正相关关系,最优换电站投资额与政府补贴力度呈正相关,与管理系数、运营成本呈负相关。就换电站运营商而言,随着电动汽车的普及,市场不断完善,单位投资额的盈利能力的不断增长,促进了换电站投资额的增加,从而形成了换电站投资额与盈利能力之间良好的正循环影响关系,同时,随着政府对其充电桩运
岳为众等:政府补贴在新能源汽车充电桩产业中的作用:
三方博弈视角
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